【本期應用分享：自動檢測 + 智能補料 = 實現無人值守 + 蛋白產量提升】
本期內容我們將分享基于“罐上發酵→自動取樣→樣品留存→快速檢測→自主學習反饋補料調控"的一體化閉環發酵體系，實現畢赤酵母發酵過程的無人值守和蛋白高產。
【傳統DOstat人控補料策略的工藝局限性：操作繁復、代謝溢流頻發】
畢赤酵母作為重組蛋白生產的主流真核表達宿主，其傳統發酵過程普遍采用 DO-stat反饋補料策略，即碳源耗盡→DO陡升拐點→啟動流加，該策略在實際應用中一直被以下兩大工藝瓶頸限制：
（1）操作繁復：高度依賴人工值守盯罐、定時取樣離線檢測、經驗性閾值整定，過程干預度高，自動化水平低，人力成本顯著；
圖1 傳統 DO-stat 流加補料策略實時監控圖
（2）代謝溢流風險：由于控制響應遲滯、底物濃度周期性波動顯著、批次間重復性差，極易誘發代謝振蕩與碳源過載型溢流，同時甲醇流加不當所致的細胞毒性風險（即“甲醇中毒"現象），將進一步影響蛋白高效表達。
【行業技術需求】
畢赤酵母發酵過程的精細化調控與穩態維持能力，始終構成生物制造領域的關鍵技術瓶頸。因此，發展融合在線自動檢測與智能決策調控的新型發酵過程優化框架，對于提升工藝魯棒性、降低人力操作依賴度、推動發酵生產向智能化與自動化制造范式轉型，具有重要的工程應用前景。
【天木生物最新解決方案】
方案一：基于Tmax Bio5L型發酵罐的新一代DOstat自控補料系統
（1）生長階段：BODS智能關聯補料將甘油濃度穩控于2g/L左右；
（2）誘導階段：饑餓培養結束，先一次性流加10mL甲醇，待DO上升，切換至溶氧關聯反饋補料模式，控制邏輯如下：當DO ≥ 15%時，自動啟動甲醇補料泵進行流加；當DO ≤ 12%時，自動停止補料。
圖2 新一代DO-stat 自控補料實時監控圖
方案二：基于微生物發酵在線檢測系統（BODS）的無人值守智能補料策略
（1）生長階段：BODS智能關聯補料將甘油濃度穩控于2g/L左右；
（2）誘導階段：饑餓培養結束，先一次性流加10mL甲醇，啟動BODS智能關
聯補料將甲醇濃度穩控于0.5g/L左右。
圖3 BODS智能調控補料實時監控圖
【一體化發酵平臺搭建】
圖4 一體化發酵平臺
1．發酵罐實時監控系統——Tmax Bio5L型發酵罐集成高靈敏度在線傳感模塊，對溫度、溶解氧（DO）、pH等關鍵過程參數進行連續實時監測與數據記錄。
2．BODS在線檢測與智能補料系統——依據發酵液中甘油及甲醇濃度的周期性在線檢測數據，獲取菌株碳源消耗速率；基于內置控制算法自動計算并動態調節補料速度，將兩種關鍵碳源濃度精準維持在預設閾值范圍內，實現碳源供給的平穩、精準控制，有效避免底物過量所致的代謝抑制及碳源匱乏引發的饑餓應激，保障發酵過程代謝穩態。
【從數據對比看效率提升】
l 新一代DO-stat 自控補料 vs 傳統DOstat人控補料：蛋白產量提升1.2倍
l BODS智控補料 vs 傳統DOstat人控補料：蛋白產量提升2倍
l 避免固定閾值帶來的進料偏差，批次間工藝一致性大幅提升
l 真正實現：發酵→誘導→收獲，全程無人值守
圖5 新一代DO-stat 自控補料 vs 傳統DOstat人控補料
圖6 BODS智控補料 vs 傳統DOstat人控補料
圖7 目的蛋白表達量對比圖
【本期應用總結】
本次實驗表明，Tmax Bio 5L發酵罐對發酵過程中的溫度、pH和溶氧的精準控制，有效保障了發酵工藝的穩定性。結合微生物發酵在線檢測系統（BODS）的自動化檢測和智能化反饋控制，大大降低了人工取樣和檢測的繁瑣工作量，同時提高了過程控制的時效性和精準度，進而提升了發酵效率與工藝可控性。“罐上發酵→自動取樣→樣品留存→快速檢測→自主學習反饋補料調控"的一體化閉環發酵體系的建立，為穩定的發酵工藝的監測提供了新思路。
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